ระบบรีไซเคิล

กระบวนการเมมเบรน (membrane process)

เป็นกระบวนการแยกสารผสมที่อยู่ในรูปของเหลวหรือแก๊สที่ประกอบด้วย ตัวถูกละลายและตัวทำละลาย โดยใช้เมมเบรนซึ่งเป็นแผ่นฟิล์มบางๆ ที่มีคุณสมบัติที่สามารถเลือกผ่านสาร (semi-permeable) เป็นตัวขวางกั้น (barrier) และคัดแยกโดยอาศัยแรงขับดันในรูปต่างๆ ทำให้ตัวทำละลายและตัวถูกละลายบางชนิดเคลื่อนที่ผ่านเมมเบรน ขณะที่บางชนิดถูกกักไว้ กระบวนการเมมเบรนอย่างง่ายแสดงดังรูปที่ 1.2

เมื่อสารผสมซึ่งเป็นสารป้อน (feed) ผ่านกระบวนการเมมเบรนจะถูกแยกออกเป็น 2 ส่วน คือส่วนที่สามารถผ่านเมมเบรนไปได้เรียกว่า เพอมิเอท (permeate) และส่วนที่ถูกกักกันเรียกว่า คอนเซนเทท (Concentrate)

สมรรถนะของกระบวนการเมมเบรนโดยทั่วไป สามารถบ่งชี้ด้วยค่าฟลักซ์ (flux) ซึ่งเป็นอัตราการไหลของเพอมิเอทต่อพื้นที่เมมเบรน และค่าการกักกัน (Concentrate /rejection) ซึ่งบ่งบอกความสามารถในการแยกสารของกระบวนการ (selectivity)

ปัจจัยที่มีผลต่อสมรรถนะของเมมเบรน เช่น คุณสมบัติด้านต่างๆ ของเมมเบรน เช่น ขนาดรูพรุน ประจุ คุณสมบัติของสารป้อนหรือสารที่ต้องการแยก เช่น ขนาด ประจุของอนุภาคหรือตัวถูกละลาย และสภาวะการดำเนินงานของกระบวนการ เช่น ระดับของแรงขับดัน ความเร็ว ความเข้มข้น

แสดงกระบวนการเมมเบรนอย่างง่าย

1.2 การจำแนกกระบวนการเมมเบรนที่ใช้ความดันเป็นแรงขับดัน

กระบวนการเมนเบรนที่ใช้ความดันเป็นแรงขับดันอาจจำแนกได้ตามความสามารถในการแยกสารและระดับความดันที่ใช้ (ดูรูปที่ 2.2 และ 2.3 และตารางที่ 2.1 ประกอบ) ออกเป็น 4 กระบวนการคือ

1. กระบวนการออสโมซิสผันกลับ (RO)
2.กระบวนการนาโนฟิลเตรชั่น (NF)
3.กระบวนการอัลตราฟิลเตรชั่น (UF)
4.กระบวนการไมโครฟิลเตรชั่น (MF)

กระบวนการเมมเบรนเป็นกระบวนการที่สามารถใช้แยกสารที่มีขนาดเล็ก เช่น อิออน น้ำ จนกระทั่งสารที่มีขนาดใหญ่ที่จัดเป็น สารแขวนลอย เมมเบรนแต่ละชนิดมีความสามารถในการแยกสารแตกต่างกันขึ้นกับคุณสมบัติด้านต่าง ๆ ของสารป้อน เช่น ขนาดและประจุ ของสาร คุณสมบัติของเมมเบรน เช่น ขนาดรูพรุน ระดับความดันที่ใช้อยู่ในช่วงกว้าง ตั้งแต่ 0.5 ถึง 100 bar

กระบวนการที่ใช้แยกสารประเภทอิออน สารโมเลกุลเล็กคือ RO และ NF ต้องใช้เมมเบรนที่ไม่มีรูพรุนหรือเมมเบรนที่มี รูพรุนขนาดเล็ก (< 2 nm) ซึ่งมีความต้านทางการไหลของเพอมิเอทสูง และสารป้อนซึ่งเป็นสารโมเลกุลเล็กหรืออิออน มีความดันออสโมติก (osmotic pressure) สูง ทำให้ระดับความดันที่ใช้ต้องสูงในระดับ 30-100 bar และ 10-40 bar สำหรับกระบวนการ RO และ NF ตามลำดับ

กลไกการแยกสารสำหรับเมมเบรนที่เกิดขึ้นกับกระบวนการ RO และ NF ใช้หลักการละลาย-แพร่ (solution-diffusion) และการไหลผ่านรู (porous flow) การแยกสารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ อนุภาคแขวนลอย ใช้เมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนใหญ่ขึ้นประมาณ 2-20 nm สำหรับกระบวนการ UF และ 0.05 1 mm สำหรับกระบวนการ MF โดยมีกลไกการแยกสารที่ใช้หลักการคัดขนาด (sieving)

ระดับความสามารถในการแยกสารของเมมเบรนชนิดที่ใช้ความดันเป็นแรงขับดัน

สารและอนุภาคที่สามารถแยกได้ด้วยกระบวนการเมมเบรนชนิดที่ใช้ความดันเป็นแรงขับ
คุณลักษณะของกระบวนการแยกด้วยเมมเบรนที่ใช้ความดันเป็นแรงขับ